專利名稱:基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于煤層巷道開挖后沿煤層傾斜方向巷旁卸壓帶寬度測定技術(shù)，尤其是一種基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
煤層開采后的采掘空間對鄰近煤體一定范圍內(nèi)的瓦斯賦存、運(yùn)移和應(yīng)力狀態(tài)具有良好的卸壓效果，由于巷道的開挖地應(yīng)力和煤層瓦斯壓力的平衡狀態(tài)不斷遭到破壞，煤體破裂疏松、透氣能力增大、瓦斯得到排放，形成一個(gè)具有一定寬度的卸壓帶。測定煤層巷旁卸壓帶寬度，對確定巷旁瓦斯抽放鉆孔的封孔深度、確定采煤工作面沿傾斜方向?qū)嵤┓劳淮胧┑姆秶?、突出煤層巷道的采掘部署、提高采掘工作面瓦斯涌出量預(yù)測準(zhǔn)確度都具有十分重要的意義。
以往的煤層巷旁卸壓帶寬度測定方法主要有以下幾種:
(I)鉆屑法:采用在巷旁施工鉆孔，采集鉆屑測定鉆屑量及鉆屑解吸指標(biāo)等參數(shù)，分析并確定巷旁的卸壓帶寬度，但由于在鉆孔深部不能實(shí)現(xiàn)“定點(diǎn)取樣”，所測數(shù)據(jù)受諸多影響因素的制約，測定結(jié)果具有很大的不確定性。
(2)瓦斯含量法:采用在巷旁施工鉆孔，采集鉆屑測定煤層瓦斯含量等參數(shù)，同樣由于不能實(shí)現(xiàn)“定點(diǎn)取樣”，測定結(jié)果具有很大的不確定性。
(3)鉆 孔瓦斯涌出初速度法:根據(jù)鉆孔瓦斯涌出初速度特征確定卸壓帶寬度，在卸壓帶內(nèi)煤層透氣性大大增加，在應(yīng)力集中帶內(nèi)煤層透氣性降低到原始透氣性以下，由于鉆孔初期瓦斯涌出量主要來源于鉆孔周圍的破裂帶，因此，當(dāng)鉆孔進(jìn)入應(yīng)力集中帶時(shí)，瓦斯涌出初速度增大，形成與應(yīng)力分布曲線相似的沿鉆孔長度瓦斯涌出初速度分布曲線。但是，鉆孔何時(shí)進(jìn)入應(yīng)力集中帶，目前尚無判斷指標(biāo)，因此該方法也有很大的局限性。
(4)瓦斯抽采參數(shù)法:根據(jù)不同封孔深度的瓦斯抽采鉆孔的參數(shù)來確定卸壓帶的寬度，當(dāng)封孔在卸壓帶內(nèi)時(shí)，抽采鉆孔的由于受貫通裂隙的影響，抽采負(fù)壓和抽采濃度相對較低，但該方法需要施工多個(gè)鉆孔，測定過程受其他因素影響較大，測定周期長。
國內(nèi)外關(guān)于“漏失量”方面已經(jīng)公開的專利文獻(xiàn)僅有“零漏失量音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置(專利號(hào)為200820134181.7)”，該裝置是用來測定噴嘴氣體流量的標(biāo)準(zhǔn)裝置；關(guān)于“鉆孔漏失量”和“鉆孔氣體漏失量”的專利文獻(xiàn)尚未見報(bào)道。
在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用“鉆孔沖洗液漏失量法”測定煤礦開采導(dǎo)致的上覆巖層破壞“三帶”的高度，來確定上覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度等，為礦井的煤柱留設(shè)和水災(zāi)害的防治提供理論基礎(chǔ)。但由于煤層的特殊性，不能采用沖洗液測定煤層巷旁的卸壓帶寬度，因此，依據(jù)煤層的氣體滲流理論提出了基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度寬度測定系統(tǒng)和方法。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型為了克服現(xiàn)有測定技術(shù)的不足，提供一種基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度寬度測定系統(tǒng)和方法，通過測定單位長度的氣體滲流室在鉆孔不同深度的氣體漏失量，可以確定煤層巷道開挖后巷旁卸壓帶的寬度，為確定巷旁瓦斯抽放鉆孔的封孔深度、確定采煤工作面沿傾斜方向?qū)嵤┓劳淮胧┑姆秶⑼怀雒簩酉锏赖牟删虿渴?、提高采掘工作面瓦斯涌出量預(yù)測準(zhǔn)確度提供測定技術(shù)和方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)，其特征在于:包括滲流氣體管路、連接桿和設(shè)置在連接桿上的封孔膠囊，滲流氣體管路一端連接高壓氣源并且滲流氣體管路上設(shè)有雙功能流量計(jì)，所述封孔膠囊連接有流體充入機(jī)構(gòu)。
所述流體充入機(jī)構(gòu)包括注水管路和注水管路上依次設(shè)置的液壓泵、溢流閥及壓力表。
本實(shí)用新型所述的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)，具有以下有益效果:本實(shí)用新型的測定系統(tǒng)不用采集鉆孔鉆屑，不用采用其他測試方法確定應(yīng)力集中帶的位置、不用施工多個(gè)鉆孔，只需在煤層巷旁施工一個(gè)鉆孔，利用本實(shí)用新型的測定系統(tǒng)測定鉆孔不同深度的氣體漏失量，就能準(zhǔn)確確定測點(diǎn)附近的巷旁卸壓帶寬度。
利用鉆孔不同深度氣體漏失量測定結(jié)果確定巷旁卸壓帶寬度，是基于煤層的氣體滲流理論提出的，即在相同滲流室和相同滲流壓力的前提下，由于鉆孔不同深度卸壓效果的不同，煤層應(yīng)力、瓦斯壓力和煤層裂隙發(fā)育都不相同。卸壓帶范圍內(nèi)由于煤層應(yīng)力釋放、瓦斯壓力減小和形成較多的貫通裂隙，鉆孔氣體漏失量較大，該方法測定方法簡單便利，測定過程不受其他因素影響，測定結(jié)果真實(shí)可靠。


圖1是本實(shí)用新型基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是煤層巷道及鉆孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
由圖1所示的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)，包括滲流氣體管路2、連接桿I和設(shè)置在連接桿I上的封孔膠囊4，封孔膠囊4固設(shè)于連接桿I的端部，封孔膠囊4為彈性膠囊，并且封孔膠囊4連接有流體充入機(jī)構(gòu)。所述流體充入機(jī)構(gòu)包括注水管路9和注水管路9上依次設(shè)置的液壓泵7、溢流閥8、注水管路開關(guān)閥10及壓力表11，注水管路9的端口連接封孔膠囊4，其中液壓泵7為手動(dòng)液壓泵，向封孔膠囊4充水時(shí)，液壓泵7還要與水源連接，水源可以是盛水的水箱，也可以是其他水源。當(dāng)然，本實(shí)用新型不拘泥于上述形式，流體充入機(jī)構(gòu)還可以是氣體充入管路，只要能將封孔膠囊4充膨脹并將氣體滲流室6密封即可。
為了保證鉆孔3封閉的嚴(yán)密，本實(shí)用新型采用1.5m的注水膠囊作為封孔的材料，膠囊膨脹性好、裝卸方便、可以重復(fù)利用，采用手動(dòng)液壓泵7給封孔膠囊4加壓，操作簡單且可根據(jù)封孔膠囊4膨脹情況連續(xù)加壓，確保鉆孔3封閉良好。
滲流氣體管路2前端連接高壓氣源12，并且滲流氣體管路2上前后依次設(shè)有滲流管路開關(guān)閥13和雙功能流量計(jì)14，滲流氣體管路2后端端口設(shè)有濾網(wǎng)5，為了充分利用煤礦井下條件，高壓氣源12可以用盛滿高壓氣體的高壓儲(chǔ)氣罐，亦可采用采掘工作面的礦井壓風(fēng)管路系統(tǒng)，本例中，高壓氣源12為盛滿高壓氣體的高壓儲(chǔ)氣罐。雙功能流量計(jì)14用于測定氣體流量和滲透壓力值，實(shí)現(xiàn)滲流流量和滲流壓力的同時(shí)連續(xù)監(jiān)測，雙功能流量計(jì)14為礦井常用設(shè)備，故不詳細(xì)敘述。
實(shí)施例2:
由圖1和圖2所示的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)，其壓帶測定方法，包括如下步驟:(一)制備實(shí)施例1所述的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)，根據(jù)煤層15中的巷道16開挖的時(shí)間長短，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)估巷道16卸壓最小深度(如3m或者5m)，通過鉆桿(鉆桿端部設(shè)置鉆頭)從煤層巷道16的巷道幫上施工一順層鉆孔3到一定深度(如3m或者5m)，然后退出鉆桿，退鉆桿前應(yīng)將鉆孔3內(nèi)的鉆屑排干凈，保證鉆孔3平直光滑；
(二)利用連接桿I將封孔膠囊4送入鉆孔3內(nèi)預(yù)定位置，封孔膠囊4與鉆孔3孔底之間的腔室構(gòu)成氣體滲流室6，氣體滲流室6的留設(shè)長度為lm，將滲流氣體管路2的后端端口伸入到氣體滲流室6內(nèi)；
(三)連接好注水管路9，并將手動(dòng)液壓泵7連接水源，打開注水管路開關(guān)閥10，啟動(dòng)手動(dòng)液壓泵7，通過流體充入機(jī)構(gòu)一注水管路9向封孔膠囊4充入流體一7K，使封孔膠囊4膨脹，封孔膠囊4周圈與鉆孔3壁緊密貼合，繼而密封好氣體滲流室6 ；
(四)將滲流氣體管路2前端通過減壓裝置連接高壓氣源12，然后打開滲流管路開關(guān)閥13，將高壓氣源12的高壓氣體通過滲流氣體管路2輸送至氣體滲流室6，當(dāng)雙功能流量計(jì)14的壓力讀數(shù)穩(wěn)定時(shí) 讀取并記錄其壓力值，在恒定滲流壓力下，氣體滲流室6內(nèi)氣體流場穩(wěn)定后，讀取并記錄雙功能流量計(jì)14的氣體流量值；
(五)通過關(guān)閉滲流管路開關(guān)閥13以關(guān)閉滲流氣體管路2，打開溢流閥8將封孔膠囊4卸壓，利用連接桿I將封孔膠囊4從鉆孔3中拔出，將滲流氣體管路2后端從鉆孔3中拔出，按照原鉆孔3方向通過鉆桿繼續(xù)向鉆孔深處鉆進(jìn)一定距離，本例中，鉆孔3鉆進(jìn)lm，鉆孔3鉆進(jìn)到位后退出鉆桿，退鉆桿前應(yīng)將鉆孔3內(nèi)的鉆屑排干凈，保證鉆孔3平直光滑；當(dāng)然，本實(shí)用新型不拘泥于上述形式，可根據(jù)實(shí)際情況，鉆孔3繼續(xù)鉆進(jìn)距離在1.0m-1.5m之間均可。
(六)重復(fù)步驟(二)-(五)，得到不同鉆孔3深度氣體漏失量的數(shù)據(jù)一雙功能流量計(jì)14測得的壓力值與氣體流量值，直至雙功能流量計(jì)14在恒定的壓力讀數(shù)下——即在壓力值穩(wěn)定的前提下、不同鉆孔深度的氣體流量值減小至不再減小并達(dá)到穩(wěn)定值后，則說明鉆孔3已經(jīng)穿過煤層15巷旁卸壓帶，并由此測定卸壓帶的寬度；每次鉆孔鉆進(jìn)后測量時(shí)的高壓氣源12的輸出氣體的氣壓值均相同。并且為了保證滲流場不變，每次鉆孔3鉆進(jìn)后均留設(shè)鉆孔3孔底前段Im為氣體滲流室6，氣體滲流室6體積固定，測定時(shí)便于操作。
本實(shí)用新型所述的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)壓帶測定系統(tǒng)，雙功能流量計(jì)14所測量的壓力值以及氣體流量值均為氣體滲流室6的氣體壓力值和氣體流量值，根據(jù)煤層15的氣體滲流理論，在相同滲流室和相同滲流壓力的前提下，由于鉆孔3不同深度卸壓效果的不同，煤層15應(yīng)力、瓦斯壓力和煤層15裂隙發(fā)育都不相同，在卸壓帶范圍內(nèi)由于煤層15應(yīng)力釋放、瓦斯壓力減小和形成較多的貫通裂隙，鉆孔3氣體漏失量較大，此時(shí)，雙功能流量計(jì)14所測量的氣體壓力值較小、氣體流量值較大，當(dāng)鉆孔3穿出卸壓帶以后煤層15進(jìn)入原始應(yīng)力煤體中，鉆孔3氣體漏失量減少并穩(wěn)定，此時(shí)，雙功能流量計(jì)14所測量的氣體流量值最小并穩(wěn)定，由此利用測得的鉆孔3不同深度氣體漏失量的數(shù)據(jù)即可分析得出煤層15巷旁卸壓帶`的寬度。
權(quán)利要求
1.一種基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)，其特征在于:包括滲流氣體管路、連接桿和設(shè)置在連接桿上的封孔膠囊，滲流氣體管路一端連接高壓氣源并且滲流氣體管路上設(shè)有雙功能流量 計(jì)，所述封孔膠囊連接有流體充入機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求
1所述的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)，其特征在于:所述流體充入機(jī)構(gòu)包括注水管路和注水管路上依次設(shè)置的液壓泵、溢流閥及壓力表。
專利摘要
本實(shí)用新型公開了一種基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統(tǒng)，包括滲流氣體管路、連接桿和連接桿上的封孔膠囊，滲流氣體管路一端連接高壓氣源并且滲流氣體管路上設(shè)有雙功能流量計(jì)，所述封孔膠囊連接有流體充入機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型可通過測定單位長度的氣體滲流室在鉆孔不同深度的氣體漏失量，確定煤層巷道開挖后巷旁卸壓帶的寬度，可為確定巷旁瓦斯抽放鉆孔的封孔深度、確定采煤工作面沿傾斜方向?qū)嵤┓劳淮胧┑姆秶?、突出煤層巷道的采掘部署、提高采掘工作面瓦斯涌出量預(yù)測準(zhǔn)確度提供測定技術(shù)和方法。
文檔編號(hào)E21B47/10GKCN203114277SQ201320082601
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月22日
發(fā)明者溫志輝, 張宏圖, 魏永前, 霍傳錄, 任培良, 白振峰 申請人:河南理工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan